Розроблення заходів з удосконалення системи теплопостачання Полтавського гірничо-збагачувального комбінату

Размещено на http://www.allbest.ru/

Українська державна академія залізничного транспорту

Механічний факультет

Кафедра «Теплотехніка та теплові двигуни»

розроблення заходів з удосконалення системи теплопостачання полтавського гірничо-збагачувального комбінату

Пояснювальна записка і розрахунки до кваліфікаційної роботи

бакалавра

Виконав: студент 4 курсу, групи 10-4-ТЕ

напряму підготовки (спеціальності)

6.050601 Теплоенергетика

Ігнатенко О.Г.

Керівник к.т.н. доцент Савенко В.В.

Харків - 2014



Вступ

У даній дипломній роботі розглядається система теплопостачання Полтавського гірничо-збагачуючого комбінату (ВАТ «ПГЗК»), який розташований у місті Комсомольск (Полтавська область). Територія Полтавського ГЗК складає близько 600га, включає в себе 200 км залізниці, 400 км автомобільних доріг та працює приблизно 8000 людей.

Протяжність теплових мереж на Полтавському ГЗК складає приблизно 15 км. У цій дипломній роботі пропонується розрахунок повної заміни існуючої парової системи, на систему гарячого водопостачання. За для зниження втрат теплоти водяної пари у трубах. Також пропонується декілька варіантів об'єднання бойлерних на території Полтавського ГЗК , в одній бойлерній яка забезпечуватиме потреби у гарячому водопостачанні споживачів.



1. Загальна характеристика існуючої системи теплопостачання

Теплова енергія на Полтавському гірничо-збагачувальному комбінаті (ГЗК) використовується для потреб:

опалення;

вентиляції;

гарячого водопостачання;

технологічних потреб.

Джерелом теплоти на комбінаті є котельня.

У котельні встановлені:

- водогрійні котли ПТВМ - 100 - 2 шт.;

- водогрійний котел КВГМ - 100 - 1 шт.;

- парові котли ДКВР 20 - 13 - 7 шт.

В якості палива в котельні використовується природний газ. Водогрійні котли забезпечують потреби підрозділів комбінату в опалювальних і вентиляційних навантаженнях. Парові котли - джерело тепла для технологічних процесів, гарячого водопостачання та, частково, опалення.

Подача теплоти на опалення та вентиляцію здійснюється по водяним тепловим мережам з розрахунковими температурами води 115 °С - 70 °С Водяна пара з температурою 160⁰С подається по паропроводу для проведення різних технологічних процесів. Крім того, у всіх корпусах підрозділів комбінату встановлені пароводяні теплообмінники, де парою підігрівають воду, яка використовується у системі гарячого водопостачання споживачів. Ця ж вода частково використовується для опалення будинків.

Загальна довжина мережі підприємства складає понад 15км.
Схему системи теплопостачання ПолтавськогоГЗК наведено на кресленні 1.

2. Споживачі та їх потреби у теплоті

Споживачами теплоти на підприємстві є : цех виробництва окатишів, дробильно-збагачувальна фабрика , залізничний цех гірничо - транспортний цех спеціалізоване управління,ливарно-механічний цех, хімчистка, склад паливно-мастильних матеріалів управління гірничо-дорожніх машин, мийка гірничо-транспортного цеху ,рудоуправління , цех безрейкового транспорту, бойлерна КВП, поліклініка, цех шламового господарства, обчислювальний центр АСУ, бойлерна №1 та №2, цех відвантаження готової продукції . Для їх забезпечення існує парова система та водяна система гарячого водопостачання.

Витрати водяної пари на технологічні потреби та опалення приведено у таблиці 2.1.

Таблиця 2.1 - Витрата водяної пари на технологічні потреби.

Споживачі водяної пари	Витрата водяної пари на технологічні потреби та опалення, Гкал/год
Рудоуправління	0,342
Тепловозне депо	2,76
Мийка гірничо-транспортного цеху	0,02
Гірничо-транспортний цех	7,861
Дробильно-збагачувальна фабрика 1	5,65
Дробильно-збагачувальна фабрика 2	5,65
Поліклініка	0,258
Бойлерна КВП	0,049
Ливарно-механічний цех	1,243
Цех шламового господарства	0,066
Цеха виробництва окатишів 1	4,459
Цеха виробництва окатишів 2	9,943
Бойлерна №1	0,086
Бойлерна №2	0,102

Витрати за годину водяної пари на гаряче водопостачання,підрозділів комбінату ВАТ «Полтавський ГЗК», приведено у таблиці 2.2.



Таблиця 2.2 - Витрата водяної пари за годину.

№ п/п	Скорочена назва	Повна назва споживачів	Витрата водяної пари на гаряче водопостачання, т/год
1	ЦВО-1	Цех виробництва окатишів№1	1,48
2	ЦВО-2	Цех виробництва окатишів№2	1,48
3	ДЗФ-1	Дробильно-збагачувальна фабрика №1	1,3
4	ДЗФ-2	Дробильно-збагачувальна фабрика №2	1,85
5	ЗЦ	Залізничний цех	1,11
6	ГТЦ	Гірничо-транспортний цех	1,5
7	ЛМЦ	Ливарно-механічний цех	0,93
8	ДнРУ	Дніпровске рудоуправління	4
9	ЦБТ	Цех безрейкового транспорту	1,0
10	КИП	Бойлерна	0,69
11	-	Поліклініка	1,6
12	ЦШГ	Цех шламового господарства	0,33
13	-	Обчислювальний центр АСУ	0,13
14	УРЭС №4	Бойлерна	0,55
15	ЦВГП	Цех відгрузки готової продукції	0,39
		Разом:	18,34

Потреби в гарячій воді підрозділів комбінату ВАТ «Полтавський ГЗК» на господарсько-побутові потреби та опалення по споживачам приведена у таблиці 2.3.

Таблиця 2.3-Потреби у гарячому водопостачанні підрозділів комбінату.

Скорочена назва підрозділу	Теплове навантаження, Гкал/год
	Гаряче водопостачання	Опалення	Сушильня для одягу
ЦВО-1	0,8	2,25	0,07
ЦВО-2	0,8	1,24	0,07
ДОФ-1	0,7	_	_
ДОФ-2	1	0,4 (для СМС-2)	_
ЗЦ	0,6	0,099	_
ГТЦ	0,81	_	_
ЦБТ	0,3	_	_
ЦБТ, приміщення, межуючи с ГТЦ	_	0,24	_
ЛМЦ	0,5	_	_
ДнРУ	2,16	_	_
КВП	0,37 (гарячеводопостачання та підігрів води в басейнах)	_	_
Поліклініка	0,86	_	_
ЦШХ АБК	0,18	_	_
Обчислювальнийцентр АСУ	0,07	_	_
УРЭС №4	0,3	_	_
ЦОГП	0,21	_	_
Разом:	9,6	4,23	0,14

Також при проведенні досліджень на комбінаті були визначені дані по річному споживанню водяної пари цехами комбінату за 2012 рік , дані приведені у таблиці 2.4.

Таблиця 2.4- Річне споживання водяної пари

Скорочененайменування споживачів	Споживачі	Споживаннятепла (водяної пари), Гкал /рік
ДЗФ	Дробильно-збагачувальна фабрика	25634
ЦВО	Цех виробництва окатишів	5727
УГДМ	Управління гірничо - дорожніх машин	216
ГТЦ	Гірничо-транспортний цех	11807
РУ	Рудоуправління	7512,4
ЗЦ	Залізничний цех	14455
ЦБТ	Цех безрейкового транспорту	732
ЦШГ	Цех шламового господарства	4376
ЦШГ(єкологія)	Цех шламового господарства (Екологія)	457
ЦВГП	Цех відвантаження готової продукції	390
Х-ка	Хімчистка	198
УАС и ІТ	Управління автоматичної системи та інформації технологій	121
ЛМЦ	Ливарно-механічний цех	4455
СПУ(ремонт)	Спеціальне Управління (ремонт)	166
СПУ(вулканізація)	Спеціальне Управління (вулканізація)	35,9
УГЗК	Управління ГЗК-Сервіс	212
П-ка	Поліклініка	407
ТСЦ	Теплосиловий цех	24760,6
ЄТК та КВП	Єлектрозабезпечення теплової котельні та контрольно-вимірювальні прилади	119
ЦСП	Цех мереж і підстанцій	207
УМП	Управління мат. потоками	813

На підставі таблиці річного споживання було побудовано графік,креслення 6.

Таким чином приведено перелік усіх споживачів та дані з витрат водяної пари та гарячої води за годину, на ПГЗК. Додатково приведено інформацію з річної витрати споживачами водяної пари.

3. Недоліки парової системи та заходи з їх усунення

На Полтавському ГЗК прокладена парова теплова мережа, яка забезпечує подачу водяної пари до споживачів. У споживачів водяна пара витрачається на технологічні потреби. Також деякі споживачі використовують водяну пару для опалення. Також водяна пара використовується для приготування гарячої води на потреби споживачів, при цьому водяний пар нагріває воду через пароводяні теплообмінники.

Більш детально на технологічні потреби водяна пара використовується у таких споживачів:

1) залізничний цех -водяна пара використовується для вагонного депо № 1, пропарювальної ванни, екіпірування,розігріву цистерн;

2) мийка гірничо-транспортного цеху - водяна пара використовується для підігріву води в басейні для миття машин;

3) дробильно-збагачувальна фабрика- водяна пара використовується на опалення, підігрів повітря в калориферах;

4) цех виробництва окатишів - водяна пара використовується на опалення і парильні;

5) гірничотранспортні цех - водяна пара використовується на гальванічні ванни, підігрів маслопідвалу і на пропарку баків;

6) СПУ (вулканізація) - водяна пара використовується на автоклав.

7) ливарно-механічний цех - водяна пара використовується для приготування рідкого скла;

8) пральня -водяна пара використовується на парові пральні та сушильні машини, прасувальні преси.

9) склад ПММ -водяна пара використовується для обігріву залізничних клапанів і автоцистерн в зимовий час.

10) управління гірничо-дорожніх машин .

На підприємстві було проведено перевірочний розрахунок діаметрів існуючих паропроводів, та було виявлено, що при існуючому споживанні водяної пари окремими цехами та підрозділами ряд паропроводів має завищені діаметри. Крім того було проведено обстеження існуючої парової системи, та було виявлено,що втрати теплоти перевищують нормативні.

Причина значних втрат тепла парової системи на ПГЗК є:

- значна протяжність парових мереж: подача тепла до споживачів комбінату здійснюється по паровим мережам, значна частина яких має надземну прокладку. Загальна протяжність мережі складає 15км;

- завищені діаметри паропроводів;

- низька якість теплової ізоляції трубопроводів.

- відсутність повернення конденсату.

Враховуючи перераховані недоліки парової системи, можна запропонувати такі рішення по усуненню недоліків:

1) залишити парову систему, але застосувати нову, більш ефективну теплову ізоляцію для зовнішніх парових мереж ;

2) замість парової системи застосувати водяну систему теплопостачання.

З цих можливостей більш доцільним здається варіант заміни парової системи на водяну.



4. Заходи щодо змінення схеми системи теплопостачання

Заміна парової системи на водяну, що запропонована у попередньому розділі, призводить до суттєвого змінення схеми всієї системи теплопостачання. Змінення стосуються заміни паропроводів теплової мережі на водяні теплопроводи; змінення обладнання теплових пунктів (бойлерних) у кожного споживача шляхом встановлення водо-водяних теплообмінників замість пароводяних та іншого відповідного обладнання. В існуючій системі такі теплові пункти були встановлені у кожного споживача, тому приміщення для нових теплових пунктів є, але в них треба монтувати нове обладнання.

При цьому є можливість зменшити кількість теплових пунктів (бойлерних) шляхом об'єднання декількох близько розташованих окремих теплових пунктів в один, з якого теплота буде постачатись для всіх споживачів, що входять в об'єднання. Можна розглядати три варіанти таких об'єднань, а саме:

1-й варіант : передбачається схема централізованого приготування гарячої води на базі бойлерної, розташованої на території ДОФ-1. Бойлерна забезпечуватиме гарячою водою споживачів ДОФ-1 і ДОФ-2.Теплоносій бойлерної - гаряча вода теплових мереж t = 115⁰С/70⁰С. Теплове навантаження цього пункту Qзаг. = 1,7 Гкал / год враховує навантаження Q = 1Гкал / год для ДОФ-2 і навантаження Q = 0,7 Гкал / год для ДОФ-1. У бойлерній, розташованій на території ДОФ-2, пароводяні підігрівачі ПП1-32-7-IV демонтуються, а насоси, баки-акумулятори зберігаються,схема зображена на кресленні 3;

2-й варіант : пропонується пристрій централізованої бойлерної на території гірничо-транспортного цеху (ГТЦ) для потреб споживачів гарячої води в цехах ДОФ-1, ДОФ-2, ЦБТ і ГТЦ. Вибираються два пластинчастих теплообмінника Qзаг. = 3,10 Гкал / год замість існуючих двох пароводяних підігрівачів ПП2-16-2-II, які будуть демонтовані. Теплове навантаження Qзаг. = 3,10 Гкал / год враховує навантаження Q = 1Гкал / год для ДОФ-2, навантаження Q = 0,7 Гкал / год для ДОФ-1, навантаження Q = 0,54 Гкал / год для ЦБТ, навантаження Q = 0, 81Гкал / год для ГТЦ. Теплоносій бойлерної - гаряча вода теплових мереж t = 115⁰С/70⁰С. У бойлерних, розташовуваних на території ДОФ-1, ДОФ-2, пароводяні підігрівачі ПП1-32-7-IV пропонується демонтувати, а насоси та баки-акумулятори зберігаються на комбінаті;

3-й варіант : пропонується побудувати адміністративно-побутовий корпус (АБК), з бойлерної на території гірничо-транспортного цеху (ГТЦ) для потреб споживачів гарячої води цехів ДОФ-1, ДОФ-2, ЦШХ і ГТЦ.Пароводяні підігрівачі, насоси, акумуляторні баки існуючих бойлерних цехів ДОФ-1, ДОФ-2, ЦШХ і ГТЦ, демонтувати. Загальне навантаження Qзаг. = 2,69 Гкал / год. Теплове навантаження Qзаг. = 3,10 Гкал / год враховує навантаження Q = 1Гкал / год для ДОФ-2, навантаження Q = 0,7 Гкал / год для ДОФ-1, навантаження Q = 0,81 Гкал / год для ГТЦ, навантаження Q = 0, 18Гкал / год для ЦШХ . При цьому треба замінити технологічні навантаження споживачів які на технологічні потреби використовували водяну пару.

Пропонуються наступні заходи по заміні використання теплової енергії водяної пари на гаряче водопостачання, для потреб споживачів які використовували водяну пару:

1) управління гірничо-дорожніх машин (УГДМ): для заправки радіаторів використовувати воду зі зворотного трубопроводу теплової мережі з установкою на ньому шламовідділювача;

2) залізничний цех (ЗДЦ):

- для підігріву мастила використовувати воду з трубопроводу, що подається з теплової мережі;

- парове опалення замінити на водяне;

- для заправки системи охолодження тепловозів використовувати воду зі зворотного трубопроводу системи теплопостачання;

- для мийки паливних фільтрів встановити електробойлер на 200літрів;

- для розігріву цистерн подавати воду з трубопроводу, що подається з тепломережі;

3)мийка гірничо-транспортного цеху - для підігріву води в басейні встановити водоводяний теплообмінник;

4) гірничо - транспортний цех : на підігрів маслопідвалу, пропарку маслобака і гальванічної ванни подавати воду з трубопроводу, що подається з тепломережі;

5) цех безрейкового транспорту : для підігріву води, для мийки агрегатів машин і на опалення використовувати воду з трубопроводу, що подається з тепломережі;

6) цех виробництва окатишів(ЦВО):

- калорифери перевести на водяній обігрів;

- для сушіння одягу використовувати воду з зворотного трубопроводу.

Пральня: парові пральні та сушильні машини, парові прасувальні преса замінити електричними.

7) дробильно-збагачувальна фабрика: калорифери перевести на водяній обігрів.

У цехах де неможливо відмовитись від використання пари на технологічні протреби пропонується встановлення індивідуальних парогенераторів.

Водяна система від котельні на території ГТЦ наведена на кресленні 4.

5. Можливості змінення теплових пунктів споживачів

теплопостачання система паровий споживач

На підприємстві ВАТ «Полтавський ГЗК» для забезпечення потреб споживачів на опалення, вентиляцію та технологічні потреби, на кожному з цехів існують такі теплові пункти (бойлерні) :

- бойлерна залізничного цеху;

- бойлерна гірничо-транспортного цеху;

- бойлерна рудоуправління;

- дві бойлерні на дробильно-збагачувальній фабриці;

- бойлерна ливарно-механічного цеху;

- бойлерна поліклініки;

- бойлерна контрольно-вимірювальних приладів;

- дві бойлерні у цеху виробництва окатишів;

- бойлерна обчислювального цеху;

- дві бойлерні у цеху обробки готової продукції.

У бойлерних розташоване таке обладнання: пароводяні підігрівачі мережевої води, баки-акумулятори, насоси для гарячої води.

Пропонується повністю замінити парову систему на водяну. Для цього потрібно з бойлерних прибрати обладнання яке призначено для парової системи. А також об'єднати декілька бойлерних в одній.

Можливо використати вже існуючі бойлерні. В бойлерних потрібно встановити обладнання для переходу з парової системи опалення на водяну систему опалення та подачі гарячої води. Для цього треба встановити в бойлерних водо- водяні теплообмінники.

На підставі даних про існуючі потребах в гарячій воді на господарсько-побутові потреби і враховуючи розташування окремих виробничих цехів , пропонуються два варіанти створення централізованих схем на базі бойлерних на території Полтавського ГЗК.

У першому варіанті пропонується створення бойлерної для централізованого приготування гарячої води на базі бойлерної розташованої на території дробильно-збагачувальної фабрики 1 (ДОФ-1). Ця бойлерна буде забезпечувати гарячою водою споживачів ДОФ-1 та ДОФ-2. Зображення об'єднання бойлерних приведено на кресленні 3.

У другому варіанті пропонується створення бойлерної для централізованого приготування гарячої води на базі бойлерної розташованої на території гірничо-транспортного цеху(ГТЦ). Ця бойлерна буде забезпечувати гарячою водою споживачів ГТЦ, цеху безрейкового транспорту(ЦБТ), ДОФ-1 та ДОФ-2. Зображення централізованого постачання до споживачів гарячої води приведено на кресленні 4.

Обираємо другий варіант об'єднання бойлерних на базі ГТЦ. Тому що цей варіант є найбільш оптимальним для забезпечення гарячою водою споживачів у цехах, та з точки зору розташування бойлерних на генплані Полтавського ГЗК.

6. Уточнення потреб у теплоті на гаряче водопостачання та уточнення теплової потужності теплової системи

На Полтавському ГЗК для забезпечення потреб споживачів, існує парова система опалення. Водяна пара виробляється у котельні паровими котлами.

Теплова енергія використовується споживачами на потреби : опалення, вентиляції, технологічних потреб та гарячого водопостачання. Подача тепла до споживачів комбінату здійснюється по паровим мережам, значна частина яких має надземну прокладку. Згідно з розрахунками проведеними на Полтавському ГЗК, під час обстеження мереж паропроводів, працівники виявили суттєвий недолік парової системи опалення. Це завищені втрати теплоти у мережах паропровіду та завищені розрахункові діаметри парової мережі.

Тому для зниження втрат та зменшення діаметрів паропроводів, пропонується повність змінити парову систему на водяну. Це призведе до зміни витрат майже у кожного зі споживачів.

Теплове навантаження кожного з споживачів приведене у таблиці 6.1.



Таблиця 6.1 - Витрата водяної пари на технологічні потреби.

Споживачі водяної пари	Витрата водяної пари на технологічні потреби та опалення, Гкал/год	Витрата води при переводі на водяну систему, Гкал/год
Рудоуправління	0,342	2,502
Тепловозне депо	2,76	6,22
Мийка гірничо-транспортного цеху	0,02	0,074
Гірничо-транспортний цех	7,861	12,514
Дробильно-збагачувальна фабрика 1	5,65	6,35
Дробильно-збагачувальна фабрика 2	5,65	6,65
Поліклініка	0,258	1,12
Бойлерна КВП	0,049	0,419
Ливарно-механічний цех	1,243	1,743
Цех шламового господарства	0,066	0,25
Цеха виробництва окатишів 1	4,459	6,71
Цеха виробництва окатишів 2	9,943	11,2
Бойлерна №1	0,086	0,276
Бойлерна №2	0,102	0,12

Виходячи з даних приведених у таблиці 6.1, робимо висновок, що витрата гарячої води буде більше ніж витрата водяної пари.

Теплові навантаження на кожного споживача при водяній схемі приведені також на кресленні 2.

7. Гідравлічний розрахунок мережі

Основним вихідним значенням для гідравлічного розрахунку мережі є розрахункова витрата води. При визначені розрахункових витрат води в мережі, треба враховувати теплове навантаження споживача на опалення та вентиляцію.

Розрахункові витрати теплоносія на ділянці мережі повинні відповідати витратам теплоносія, які необхідні споживачу. Останні визначають за методикою, що регламентована, нормативними документами і містять два етапи, а саме:

- визначають розрахункові витрати теплоносія у споживача по

кожному окремому виду теплоспоживання;

- знаходять сумарну витрату теплоносія споживачем у залежності від схеми приєднання систем споживача до мережі та обладнання, що при цьому використовується.

Витрату води на опалення та вентиляцію можна визначити за формулою [3, с. 11]

(7.1)

де - теплова потужність споживачів на опалення та вентиляцію, яка задана на кресленні 2 ;

- теплоємність води, ;

- розрахункові температури води відповідно у подавальному та зворотному трубопроводах.

Розрахунок витрати води теплової мережі проводиться за розрахунковими температурами гарячої води 115/70^оС.

Наприклад, витрата води на опалення та вентиляцію для споживача АБК ЦШХ розраховуеться за формулою (7.1), кг/с

Витрати води iнших споживачів ПГЗК зведено у таблицю 7.1.

Таблиця 7.1 - Витрати води

Споживачі	Теплова потужність Q , кВт	Витрата води у споживачів G, кг/с
АБК ЦШХ	290,75	1,542
Бойлерна ГТЦ	31161,42	165,2687
Їдальня РУ	2909,8	15,4325
УГМД	251,21	1,3323
Мийка ГТЦ	860,62	4,5644
Їдальня ЗДЦ	46,52	0,2467
АБК ЗДЦ	907,14	4,81
ЗДЦ	6326,7	33,5545
Пральня	418,68	2,22
Бойлерна КВП	487,3	2,5845
Поліклініка	1302,56	6,91
Бойлерна ЛМЦ	2027,11	10,751

Визначення витрат води на ділянках мережі визначається із напрямку руху теплоносія від джерела теплопостачання до споживачів, кг/с

G_22-24 = G₂₄ = 10,751;

G _22-23 = G ₂₃ = 6,91;

G _20-22= G_22-24 + G _22-23 = 10,751 + 6,91 =17,661;

G _20-21 = G ₂₁ = 2,584;

G _18-20 = G_20-21 +G_20-22 =17,661+2,584=20,245 ;

G _18-19 = G ₁₉ =2,22;

G _6-18 = G _18-20 + G _19-20 = 20,245+2,22=22,465;

G _15-17 = G ₁₇ = 33,5545;

G _15-16 = G ₁₆ = 4,81;

G _13-15 = G _15-17 + G _15-16 = 33,5545+4,81=38,3645;

G _13-14 = G ₁₄=0,2467;

G_11-13= G_13-14 +G_13-15= 0,2467+38,3645=38,6112;

G _11-12 = G ₁₂ = 4,564;

G _7-11 = G_11-12 + G _11-13 = 38,6112+4,564 = 43,1752;

G _8-10 = G ₁₀ = 1,3323;

G _8-9 = G ₉ = 15,4325;

G _7-8 = G _8-10 + G _8-9 = 1,3325 + 15,4325 = 16,765;

G _6-7 = G_7-11 + G _7-8 =43,1752+16,765= 59,94;

G _4-6 = G _6-18 + G_6-7 =22,465+ 59,94=82,405;

G _4-5 = G ₅ = 165,269;

G _2-4 = G _4-6 + G _4-5 =82,405+165,269=247,674;

G _2-3 =G₃=1,542;

G _1-2 =G _2-4+G_2-3 =247,674+1,542= 249,216.

У кваліфікаційній роботі треба виконати розрахунок, що проводиться при проектуванні теплової мережі. Завданням такого розрахунку є визначення втрат тиску по всій мережі при розрахункових витратах теплоносія. Найбільш зручною для розрахунків здається методика Е.Я. Соколова [4]. Розрахунки проводять у два етапи: попередній і перевірочний.

На попередньому етапі визначають розрахункові діаметри трубопроводів (внутрішні)на ділянках мережі за формулою[3, c. 13]

(7.2)

де - розрахункові витрати води на ділянках;

- питоме лінійне падіння тиску на ділянках;

- коефіцієнт, що дорівнює 0,117, якщо одиниці вимірювання становлять: , кс/с; , Па/м; , м.

Величина заздалегіть невідома, її треба визначити техніко-економічними розрахунками або приймати. Методику техніко-економічних розрахунків оптимальної величини для теплових мереж наведено в розрахунковій методиці Е.Я. Соколова [4]. У кваліфікаційній роботі величина буде прийматися. Проведені на комбінаті розрахунки свідчать про те, що для сучасних умов оптимальні значення величини набагато більші, ніж рекомендується в літературі, і складають 140-180 Па/м. Для даних розрахунків приймаємо = 120 Па/м. Значення розрахованих та існуючих діаметрів приведено у таблиці 7.2. існуючі діаметри. Для розрахунку обирається більший існуючий діаметр, до розрахованого діаметра.

Наприклад розрахунок дiаметру дiлянки 24-22 проводиться за формулою (7.2), м

Iнщi дiаметри дiлянок мережi приведенi у таблицi 7.2

Таблиця 7.2 - Діаметри трубопроводу.

Ділянка	Розраховані діаметри ,м	Існуючі діаметри , м
22-24	0,111	0,125
22-23	0,094	0,100
20-22	0,134	0,15
20-21	0,064	0,070
18-20	0,142	0,150
18-19	0,061	0,070
6-18	0,147	0,150
15-17	0,172	0,184
15-16	0,082	0,082
13-15	0,181	0,184
13-14	0,027	0,028
11-13	0,181	0,184
11-12	0,080	0,082
7-11	0,189	0,204
8-9	0,128	0,150
8-10	0,05	0,051
7-8	0,132	0,150
6-7	0,214	0,259
4-6	0,241	0,259
4-5	0,315	0,359
2-4	0,367	0,408
2-3	0,053	0,07
1-2	0,368	0,408

Оскільки дійсний діаметр не збігається з розрахунковим, треба проводити перевірочний етап розрахунків. На цьому етапі дійсні значення ділянки можна визначити за формулою :

, (7.3)

де - коефіцієнт, що дорівнює 13,6210^-6, якщо одиниці вимірювання становитимуть: , Па/м; , м; , кг/с.

Наприклад розрахунок втрат R_л на ділянці 22-24 розраховується за формулою (7.3), Па/м

Втрати тиску на кожній ділянці мережі приведено у таблиці 7.3.

Таблиця 7.3 - Втрати R_л на ділянках.

Ділянки теплової мережі	Втрата Rл на ділянках , Па/м
22-24	279,946
22-23	115,647
20-22	234,115
20-21	105,196
18-20	118,123
18-19	77,646
6-18	145,449
15-17	111,016
15-16	158,834
13-15	145,125
13-14	117,743
11-13	146,998
11-12	143,003
7-11	183,803
8-9	178,761
8-10	147,448
7-8	80,811
6-7	190,883
4-6	111,240
4-5	177,124
2-4	181,006
2-3	197,516
1-2	183,267

У теплових мережах, що забезпечують потреби у теплоті на опалення та вентиляцію, діаметри подавальних і зворотних трубопроводів та витрати води в них на кожній ділянці однакові, тому вважають, що і витрати тиску у цих трубопроводах на кожній ділянці будуть однакові. Втрати тиску можна обчислити за формулою :

(7.4)

де б - частка місцевих втрат тиску, приймаємо б=0,15.

Наприклад, втрата тиску на ділянці 22-24 розраховується за формулою (7.4), Па

Втрату тиску на кожній ділянці приведено у таблиці 7.4.

Таблиця 7.4 - Втрата тиску на ділянках.

Ділянки теплової мережі	Втрата тиску на ділянках , Па
22-24	61168,281
22-23	70486,657
20-22	67308,2
20-21	3629,247
18-20	196969,69
18-19	17858,55
6-18	23417,295
15-17	17873,556
15-16	200925,5
13-15	100136,34
13-14	18956,65
11-13	10142,832
11-12	19734,437
7-11	40160,924
8-9	55916,355
8-10	23739,065
7-8	215602,666
6-7	478542,6
4-6	127925,851
4-5	12221,569
2-4	300577,953
2-3	53605,861
1-2	94840,416

Падіння напору на ділянках мережі можна обчислити за формулою, м:

(7.5)

де с - густина води, с=990 кг/м³ (приймаємо);

g - прискорення вільного падіння, g=9,8 м/с².

Наприклад, розрахуємо падіння напору на ділянці 22-24 за формулою (7.5), м

Падіння напору на кожній ділянці приведено у таблиці 7.5.

Таблиця 7.5 - Падіння напору на ділянках мережі.

Ділянки теплової мережі	Падіння напору на ділянках , м
22-24	1,95
22-23	7,26
20-22	2,66
20-21	0,37
18-20	20,3
18-19	1,84
6-18	2,4
15-17	1,84
15-16	20,7
13-15	10,3
13-14	1,95
11-13	1,04
11-12	2,03
7-11	2,23
8-9	2,21
8-10	2,44
7-8	22,22
6-7	15,2
4-6	13,1
4-5	0,57
2-4	15,8
2-3	5,89
1-2	4,99

За результатами гідравлічного розрахунку будується п'єзометричний графік.

8. Побудова п'єзометричного графіка

При проектуванні і експлуатації розгалужених теплових мереж широко використовуються п'єзометричні графіки, на яких в конкретному масштабі нанесені рельєфи місцевості, висота приєднаних споруд, напір в мережі; по ньому легко визначити напір (тиск) і наявний напір (перепад тисків) в будь-якій точці мережі і абонентських системах.

У гідравлічному розрахунку були одержані втрати напору на ділянках, тобто відносні величини. Тому за даними гідравлічного розрахунку можна побудувати безліч графіків. Прийнятний з них повинен знаходитись у межах напорів, припустимих для теплових мереж. Такі припустимі величини напорів призначаються, виходячи з наступного :

1) для подавальних трубопроводів:

- найбільші напори повинні відповідати міцності труб і запірної арматури. Для сталевих трубопроводів теплових мереж ці напори складають 150-250 м [3];

- при найменших напорах вода у трубопроводах не повинна скіпати, якщо її температура досягає 100 ⁰С і більше. При температурі, наприклад, 150 ⁰С надлишковий напір для цього повинен складати біля 20 м;

2) для зворотних трубопроводів:

- найбільші напори повинні відповідати міцності обладнання, на яке цей напір діє. До такого обладнання відносяться обладнання та прилади, що встановлюються на теплових пунктах або у системах споживачів. Наприклад, для опалювальних приладів напір обмежується, як правило, величиною 40 м; для водо-водяних теплообмінників - величиною 60 м ;

- у будь-якій точці системи теплопостачання повинен підтримуватись надлишковий напір для запобігання підсмоктування повітря у систему. Найменшою прийнятною для цього величиною вважають напір 5 м .

Незалежно від результатів гідравлічного розрахунку величини напорів на графіку повинні знаходитись у вказаних межах. Виходячи з цього, можна запропонувати, як один з варіантів, таку послідовність побудови графіка [6]:

1) у прийнятому масштабі напорів на графік наносять профіль місцевості. У точках приєднання споживачів показують висоти будівель та споруд. При цьому за умовну нульову позначку приймають саму нижню за профілем точку місцевості;

2) побудову графіка починають з напорів у зворотних трубопроводах. При цьому можна починати з будь-якого вузла мережі, для якого задають свавільну величину напору. Тоді величини напорів в інших вузлах мережі визначаються за результатами гідравлічного розрахунку. Наприклад, обрано вузол 2, для якого прийнято величину напору . Тоді напір у вузлі 2 мережі буде дорівнювати

(8.1)

де - втрати напору на ділянці 1-2 (обчислені з урахуванням тільки одного з трубопроводів).



У такий спосіб побудуємо попередній варіант частини графіка, що відноситься тільки до зворотних трубопроводів, результати розрахунку заносимо до таблиці 7.1;

3) побудовану частину графіка перевіряємо на відповідність умові забезпечення найменшого напору 10 м. При цьому треба орієнтуватись на споживача, для якого різниця між напором за графіком і висотою будівлі є найменшою. Якщо шляхом переміщення графіка по висоті встановити цю різницю у 10 м, то одержане положення частини графіка буде відповідати уточненому його варіанту;

4) на уточненому варіанті частини графіка знаходять споживача, для якого величина напору є найбільшою (найбільша втрата напору від джерела до споживача). Для цього споживача обирають такий наявний напір (різниця між напорами у подавальному та зворотному трубопроводах), при якому буде забезпечуватись необхідна цьому споживачу витрата води. Цей наявний напір залежить від схеми приєднання споживачів та обладнання, що застосовується у цій схемі. Наприклад, для залежної схеми без змішувальних пристроїв обирають 1,2…1,5 м вказаного напору, для залежної схеми з елеватором треба 8…12 м наявного напору. Відклавши обрану величину наявного напору від вказаної точки на уточненій частині графіка, отримаємо потрібну величину напору у подавальному трубопроводі. Це буде поки що єдина точка на другій частині графіка, що відноситься до подавальних трубопроводів;

5) починаючи від знайденої точки, знаходять напори у всіх інших вузлах мережі у такий же спосіб, як це робилось для зворотних трубопроводів. При цьому для кожної ділянки треба враховувати напрямок течії теплоносія. Оскільки результати гідравлічного розрахунку у рівній мірі відносяться і до подавальних, і до зворотних трубопроводів, одержана друга частина графіка повинна бути дзеркальним відображенням першої частини;

6) одержаний графік перевіряють на відповідність всім вказаним вище вимогам до величин напорів у тепловій мережі. Одержаний варіант графіка можна вважати остаточним, якщо всі вказані вимоги виконуються.

Результати розрахунків за вище вказаною методикою заносимо до таблиці 8.1.

Таблиця 8.1 - Напори у вузлах подавальних та зворотних трубопроводів

Номер вузла	Напір у зворотних трубопроводах, h, м	Напір у подавальних трубопроводах, Н, м
1	2	3
1	10	103,94
2	12,5	101,44
3	15,45	98,5
4	20,4	93,54
5	20,685	93,26
6	26,95	86,99
7	34,55	79,39
8	45,55	68,28
9	46,6	67,18
10	46,77	67,06
11	35,665	78,27
12	36,6	77,26
13	36,7	77,75
14	36,67	76,78
15	41,86	72,6
16	52,21	62,21
17	42,8	71,68
18	28,15	85,79
19	29,07	84,87
20	38,3	75,64
21	38,4	75,46
22	39,63	74,31
23	43,26	70,68
24	40,6	73,34

За результатами розрахунків, наведених у таблиці 8.1, будуємо п'єзометричний графік теплової мережі, наведений на рисунку 1. Графік побудований для напрямку теплотраси від вузла 1 до вузла 24. Цю величину напору можна вважати прийнятною для насосів.

9. Розрахунок розташування опор теплопроводів

Опорні конструкції трубопроводів теплової мережі за призначенням поділяють на рухомі і нерухомі.

Рухомі опори підтримують трубопровід у горизонтальному стані та забезпечують вільний рух трубопроводу на будівельних конструкціях внаслідок температурних подовжень. Рухомі опори використовують при всіх способах прокладання, крім безканального. За принципом вільного переміщення рухомі опори поділяють на ковзні, опори кочення і підвісні.

Опори кочення розрізняють як коткові, роликові та кулькові. Ковзні, коткові та роликові опори вільно опираються на несучі будівельні конструкції, їх використовують при прокладанні трубопроводів на прямолінійних ділянках. Кулькові опори використовують при горизонтальних переміщеннях під кутом до осі траси, при прокладанні трубопроводів в прохідних каналах, на кронштейнах та на окремо розташованих опорах. Підвісні опори використовують при надземному прокладанні водяних теплових мереж невеликих діаметрів. Підвісні пружинні опори використовують в місцях, де існують вертикальні переміщення. Підвісні опори використовують на ділянках з гнучкими компенсаторами та на ділянках самокомпенсації. Допустиму відстань між рухомими опорами визначають з урахуванням міцності і допустимого прогину труби в середині прольоту при найбільш несприятливих режимах роботи теплової мережі. Напруження, які виникають у найбільш слабкому перерізі, не повинні перевищувати допустимих, які визначаються залежно від діаметра трубопроводу. На кутах поворотів труб відстань між рухомими опорами рекомендується приймати не більше, ніж 67% від допустимої відстані на прямій ділянці, на кінцевих ділянках та на П-подібних компенсаторах - не більше, ніж 80% від допустимої. При безканальному прокладанні рухомі опори не встановлюють.

Нерухомі опори використовують для того , щоб поділити трубопроводи теплової мережі на незалежні ділянки за сприйманням зусиль від температурних деформацій та внутрішнього тиску. Розміщують нерухомі опори між компенсаторами та ділянками трубопроводів з природною компенсацією температурних подовжень. Нерухоме закріплення трубопроводів виконують за допомогою нерухомих опор різних конструкцій залежно від способу прокладання теплових мереж.

Лобові нерухомі опори використовують в теплофиікаційних камерах та прохідних каналах. Будівельні конструкції, в які впирається опора, виконують із швелерів, які закріплюють в перекритті та днищі споруди. Щитові нерухомі опори використовують для нерухомих закріплення в камерах, непрохідних каналах та при безканальному прокладанні. Осьові зусилля трубопроводів через щитові опори передаються на днище та стінки каналу, а при безканальному прокладанні - на вертикальну площу грунту. Хомутові та бугельні нерухомі опори використовують для закріплення труб, які прокладають надземно на залізобетонних і металевих опорах, а також на кронштейнах.

Питоме навантаження на трубопровід складається з вертикального навантаження від маси трубопроводу, теплоносія, ізоляції і горизонтального навантаження від вітру при надземному прокладанні, а також від грунту при безканальному прокладанні. І визначається за такою формулою

, (9.1)

де ,, - питомі вертикальні навантаження відповідно від ваги трубопроводу, води і теплоізоляції

Допустиму відстань між опорами визначають з умови міцності та допустимого прогину труби на середині прольоту для найбільш складних режимів роботи трубопроводу теплової мережі, при якому у найбільш слабкому перерізі напруження не повинні перевищувати допустимі.

Допустиму відстань між опорами визначають, враховуючи , що за формулою.

, (9.2)

де - допустиме згинаюче напруження, [Па];

- момент опору трубопроводу, [м²].

Для трубопроводів теплових мереж з урахуванням зменшення міцності у зварювальних стиках можна приймати = 40-50 [МПа]

Значення , , та для деяких теплопроводів наведено у таблиці 9.1 (дані взято для безшовних труб, щільність теплоізоляції прийнято 400 кг/м³ при рекомендованій у літературі товщини теплоізоляції )

Таблиця 9.1- Довідкові дані для деяких теплопроводів ( - умовний діаметр трубопроводу)

dy, мм	W, м3	биз ,мм	Питомі навантаження, Н/м
			qв1	qв2	qв3
70	12,1*10-6	50	53	37,5	77
80	18,1*10-6	50	71,5	52,4	87
100	35,2*10-6	50	100	77	100
125	51*10-6	60	125	120	146
150	82,1*10-6	60	168	173	162
175	1,29*10-4	60	227	262	184
200	2,1*10-4	60	310	327	206
250	3,84*10-4	60	457	516	244
300	6,45*10-4	60	614	740	284
350	9,5*10-4	70	800	1000	382

Для визначених трубопроводів водяної системи опалення Полтавського ГЗК, розрахуємо відстань між опорами. Наприклад для діаметру трубопроводу 70 мм, для визначення питомих навантажень,товщини ізоляції та екваторіального моменту опору трубопроводу використовуємо таблицю 9.1 та знайдені значення підставляємо у формулу (9.1), Н/м

отримаємо питоме навантаження на трубопровід.

Отримане питоме навантаження підставимо у формулу (9.2), м.

Значення приймаємо рівним 40 МПа.

Визначена відстань між опорами для діаметру 70мм складатиме 5,89м.

Відстань між опорами для інших діаметрів трубопроводу приведено у таблиці 9.2.

Таблиця 9.2 - Відстані між опорами.

dy, мм	відстань між опорами
70	5,89
80	6,42
100	7,81
125	7,91
150	8,85
207	10,93
250	12,31
359	14,46



10. Основні висновки

За результатами проведеної роботи можна зробити наступні основні висновки:

1) роботу виконано згідно з завданням та у повному обсязі;

2) у дипломній роботі:

- виконали загальну характеристику існуючої системи теплопостачання;

- визначили недоліки парової системи;

- запропонували заходи щодо змінення схеми системи теплопостачання;

- вказали декілька варіантів змінення теплових пунктів;

- виконали гідравлічний розрахунок та побудували п`ізометричний графік;

3) за результатами розрахунків і вибору деяких елементів пропонується змінення схеми теплопостачання;



Список використаної літератури

1 Єнін, П. М. Теплопостачання. Ч.1. Теплові мережі та споруди [Текст]: навч. посіб. / П. М. Єнін, Н.А. Швачко. - К.:Кондор, 2007.-244 с.

2 Савенко, В. В. Програма, завдання та методичні вказівки до контрольної роботи з дисципліни «Теплові мережі» [Текст]/ В. В. Савенко - Х.: УкрДАЗТ, 2003.-26 с.

3 Савенко, В. В. Методичні вказівки до курсової роботи та дипломного проектування з дисципліни «Теплові мережі» [Текст]/ В. В. Савенко, О. В. Гришина, Г. В. Біловол. - Х.: УкрДАЗТ, 2013.-18 с.

4 Соколов, Е. Я. Теплофикация и тепловые сети [Текст] / Е. Я. Соколов. Учеб. для вузов. -М.: Энергоатомиздат, 1982.-360 с.

5 Савенко, В. В. Методичні вказівки до практичних занять і контрольної роботи з дисципліни «Теплові мережі» [Текст]/ В. В. Савенко - Х.: УкрДазт, 2007.-30 с.

Размещено на Allbest.ru